[發(fā)明專利]評(píng)價(jià)聚合物在超臨界二氧化碳中增粘效果的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710098712.5
• 申請(qǐng)日: 2017-02-23
• 公開（公告）號(hào): CN106840966B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫文超;孫寶江;陳嘉輝;劉鈺文;陳修平;鄧智銘;潘少偉;趙天華;李慶超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）;中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01N11/10
• 分類號(hào): G01N11/10
• 代理公司: 北京思格頌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11635
• 代理人: 潘珺

1.一種評(píng)價(jià)聚合物在超臨界二氧化碳中增粘效果的方法，包括：耐高溫高壓的釜體、觀察窗、活塞、高速攝像機(jī)、磁力攪拌裝置、恒溫油浴系統(tǒng)、鋁球、投球裝置；其特征在于：釜體用于放置超臨界二氧化碳和聚合物增粘劑；高速攝像機(jī)與觀察窗用于拍攝鋁球在釜體中的下落情況；活塞用于調(diào)節(jié)釜體內(nèi)超臨界二氧化碳的壓力；磁力攪拌裝置用于將超臨界二氧化碳與聚合物增粘劑混合均勻；恒溫油浴系統(tǒng)用于控制釜體內(nèi)超臨界二氧化碳的溫度；投球裝置用于投放鋁球；

釜體為長(zhǎng)方體外殼，長(zhǎng)方體外殼圍合成腔體，釜體兩側(cè)中部對(duì)稱設(shè)有一對(duì)觀察窗；

釜體上設(shè)有溫度傳感器和壓力傳感器，活塞位于腔體內(nèi)，釜體中部設(shè)有試劑添加口，通過(guò)試劑添加口將聚合物增粘劑注入到釜體的內(nèi)部；

釜體頂部設(shè)有磁力攪拌裝置、投球裝置，投球裝置裝配在磁力攪拌裝置的軸心處并與釜體通過(guò)管道相通，投球裝置與磁力攪拌裝置相互獨(dú)立，鋁球通過(guò)投球裝置與釜體之間相通的管道進(jìn)行投放；

投球裝置上設(shè)有投球裝置開關(guān)；

長(zhǎng)方體外殼殼體本身內(nèi)設(shè)有空腔，恒溫油浴系統(tǒng)通過(guò)管線與空腔相連，恒溫油浴系統(tǒng)通過(guò)管線將既定溫度的油注入到釜體外殼與內(nèi)腔之間的空間中，以控制釜體整個(gè)內(nèi)部空間的溫度；

步驟如下：

(1)、向釜中加入二氧化碳?xì)怏w，拍攝鋁球在純二氧化碳?xì)怏w中的下落視頻

①先將鋁球放入投球裝置內(nèi)，調(diào)節(jié)恒溫油浴系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)為實(shí)驗(yàn)所需溫度T₁；

②將二氧化碳通入釜體內(nèi)，通過(guò)觀察壓力傳感器得到此時(shí)釜體內(nèi)壓力為P₁₁；轉(zhuǎn)動(dòng)手柄控制活塞調(diào)整釜體的體積，將其調(diào)整為實(shí)驗(yàn)所需的P₁；

③打開高速攝像機(jī)的錄像功能，再打開投球裝置出口開關(guān)，使高速攝像機(jī)通過(guò)視窗拍攝記錄下鋁球在超臨界二氧化碳中的下落視頻；

④通過(guò)鋁球下落視頻得到鋁球經(jīng)過(guò)觀察窗的時(shí)間t；

⑤將釜體內(nèi)的CO₂放空，以便進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)；

(2)、分析拍攝的視頻，得到粘度計(jì)算公式

①使用二次蒸餾水標(biāo)定粘度計(jì)體積，所用計(jì)算方法如下：

V/ml＝A(T/K-E)+Bp/MPa+ch/cm+D

V＝A(T/K-E)+BP+Ch+D

式中，V為粘度計(jì)體積，單位為ml；P為釜體內(nèi)壓力，單位為MPa；h為活塞位置，單位為cm；D為釜體最小體積，單位為ml；A、B、C、E均為根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到的參數(shù)；

②根據(jù)已知的純CO₂的粘度得到所需計(jì)算常數(shù)A；

式中，η為純CO₂的粘度，α、β分別為所用材料的線性熱膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)，T_r、p_r為所選的參考溫度，ρ_l，ρ_s分別為純CO₂和鋁球的密度，t為鋁球降落時(shí)間，A是計(jì)算常數(shù)；

(3)、添加聚合物增粘劑，配制超臨界CO₂體系溶液

①根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)濃度，準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的增粘劑，通過(guò)試劑添加口將增粘劑加入釜體；在投球裝置中加入鋁球，并將其密封；

②調(diào)節(jié)恒溫油浴系統(tǒng)，并觀察溫度傳感器，將釜體內(nèi)的溫度調(diào)整到實(shí)驗(yàn)所需溫度T₁；

③通過(guò)步驟(1)中的方法將一定量的二氧化碳?xì)怏w充入釜體中；向釜體內(nèi)加入二氧化碳?xì)怏w，此時(shí)通過(guò)觀察壓力傳感器得到壓力為P₀₁，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄控制活塞調(diào)整釜體的體積大小，通過(guò)觀察壓力傳感器將釜內(nèi)壓力調(diào)整為實(shí)驗(yàn)所需的P₀，使得P₀＝P₀₁；打開磁力攪拌裝置進(jìn)行攪拌，將釜體內(nèi)的二氧化碳和增粘劑充分混合；

④靜置一段時(shí)間，使充分混合的二氧化碳?xì)怏w和增粘劑靜止；

(4)、進(jìn)行投球?qū)嶒?yàn)，并拍攝鋁球下落的過(guò)程

打開高速攝像機(jī)的錄像功能，打開投球裝置出口開關(guān)，使高速攝像機(jī)通過(guò)視窗拍攝記錄下鋁球在超臨界二氧化碳-增粘劑中的下落視頻，即鋁球經(jīng)過(guò)觀察窗的時(shí)間t'；

(5)、處理鋁球下落視頻，計(jì)算超臨界CO₂-增粘劑體系的粘度

根據(jù)已知計(jì)算常數(shù)A，根據(jù)下式計(jì)算超臨界CO₂-增粘劑體系的粘度

式中，η₀為超臨界CO₂-增粘劑體系的粘度；

(6)、計(jì)算超臨界CO₂-增粘劑體系的相對(duì)粘度

將利用上式得到的超臨界CO₂-增粘劑體系的粘度值與相同溫度、壓力條件下純CO₂粘度值進(jìn)行比較，根據(jù)下式計(jì)算得到相對(duì)粘度η_R，用來(lái)評(píng)價(jià)聚合物增粘劑的增粘效果，η_R越大，表示增粘效果越好：

η_R＝η₀/η。